过氧化物酶催化芳烃化合物硝化反应研究.pdf

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1、过氧化物酶催化芳烃化合物硝化反应研究孔明明2015年1月中图分类号：Q554UDC分类号：577过氧化物酶催化芳烃化合物硝化反应研究作者姓名孔明明学院名称生命学院指导教师董润安副教授答辩委员会主席谢海燕教授申请学位理学硕士学科专业生物学学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月PeroxidasecatalyticnitrationofaromaticcompoundsCandidateName：KongMingmingSchoolorDepartment:SchoolofLifeScienceFacultyMentor:AssociateProf.DongRunanC

2、hair,ThesisCommittee：Prof.XiehaiyanDegreeApplied:MasterofScienceMajor：BiologicalSciencesDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者

3、对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要硝基芳烃化合物是重要的有机合成中间体，经典的化学硝化合成法即硝硫混酸硝化法对环境造成极大的危害。随着绿色化学的发展，环境友好的酶催化技术被越来越多地应用于化学合成过程中。然而进行有机物的生物转化或催化存在着一大难点即底物的溶解度问题。底物浓度过低影响酶催化效率，而高浓度底物又可能抑制酶的活性，甚至使酶蛋白变性失活。本论文为解决上述问题，开展了非水相体系进行过氧化物酶催化硝化反应的研究，解决了有机物底物不溶解于水及易产生副产物等问题，确立了生物酶催化硝化反应的有

4、机溶剂-缓冲液双液相体系。针对该体系首先初步开展了反应条件对辣根过氧化物酶（HRP）催化苯酚硝化反应影响的研究，确定了酶催化反应的最适温度25°C、pH7；并且发现当H2O2加入量与苯酚相同时产物量最高，过量加入H2O2会抑制酶活；NaNO2加入量至少为苯酚10倍以上时，硝化产物量最高，此时无明显底物苯酚聚合现象，同时双液相体系的应用也在很大程度上避免了大量底物加入对反应的抑制作用。双液相酶催化苯酚硝化反应在1个小时以后就几乎终止的原因是酶失活和H2O2消耗，试验中一次性加入12mM的苯酚到反应体系中，通过每隔1h补加与首次等量的过氧化物酶和H2O2的方式连续反应15h后，邻硝

5、基苯酚和对硝基苯酚的总产量可达到70%以上。在上述建立的双液相酶催化硝化反应体系的基础上，对HRP催化芳烃化合物硝化的底物广谱性开展了研究。通过对芳香族化合物的结构特征进行分析发现，当苯环含有取代基-NH2或-OH时，该芳烃化合物则易于被HRP催化硝化。进一步对HRP催化硝化得到的硝化产物鉴定分析发现，苯环上取代基的邻位和对位是最易于被硝基取代的位置，这与通过密度泛函计算方法得到的苯环上各碳原子所带的净电量分布特点相似，因此生物酶催化硝化类似于化学硝化反应的选择性。为了进一步了解过氧化物酶催化硝化反应的机制，本论文还对HRP催化苯酚硝化反应动力学进行了研究。依据过氧化物酶催化硝

6、化反应机制，建立了双底物乒乓机制动力学模型。通过考察底物浓度与硝化反应速率的关系，发现存在H2O2抑制现象，而无底物抑制的反应过程依旧符合双底物乒乓动力学机制，由此计算得到动力学参数H2O2PhOH-1Km=1.09mM，Km=9.45mM，Vmax=0.196mM·min，进而得到动力学方程。最后将实验值和模型计算值进行拟合发现，模型值与试验结果吻合较好，其拟合2度R=0.98732。关键词：辣根过氧化物酶；芳烃化合物；硝化反应；非水相体系；动力学I北京理工大学硕士学位论文AbstractNitroaromaticcompoundsareimportantintermedia

7、tesinorganicsynthesis.Theclassicalmethodusedtosynthesizethemischemicalnitration,thatinvolvestheuseofnitricaciddilutedinwateroraceticacidwhichisharmfultotheenvironment.Withthedevelopmentofgreenchemistry,environmentalfriendlyenzymecatalysisisincreasi